脑及脊髓冲击震动损伤模型生化指标的变化

中国组织工程研究第20卷第18期2016–04–29出版ChineseJournalofTissueEngineeringResearchApril29,2016Vol.20,No.18P.O.Box10002,Shenyang110180·研究原著·朱亚鹏，男，1989年生，河南省南阳市人，汉族，解放军第四军医大学在读硕士，主要从事四肢创伤骨折及修复方面的研究。通讯作者：常祺，博士，硕士生导师，解放军150中心医院，河南省洛阳市471000中图分类号:R318文献标识码:B文章编号:2095-4344(2016)18-02628-06稿件接受：2016-02-03，郭延岭2，常祺2(1解放军第四军医大学第一附属医院骨科医院，骨科研究所，陕西省西安市710032；2解放军150中心医院，河南省洛阳市471000)引用本文：朱亚鹏，郭延岭，常祺.脑及脊髓冲击震动损伤模型生化指标的变化[J].中国组织工程研究，2016，20(18):2628-2633.DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.18.007ORCID:0000-0002-4550-8911(常祺)文章快速阅读：文题释义：冲击伤：是冲击波超压和负压引起的损伤，主要造成含气器官如肺脏、听器、胃肠道的损害，超强压还可以造成内脏破裂和肋骨骨折等，但一般较少造成体表损伤。单纯冲击伤致伤时，体表多完好无损，但常有不同程度的内脏损伤，表现为外轻内重的特点。生化指标：全套主要包括肝功能(总蛋白、白蛋白、球蛋白、白球比，总胆红素、直接、间接胆红素，转氨酶)；血脂(总胆固醇，三酰甘油，高、低密度脂蛋白，载脂蛋白)；空腹血糖；肾功能(肌酐、尿素氮)；尿酸；乳酸脱氢酶；肌酸肌酶等。摘要背景：高能震动易于损伤机体非空腔器官且损伤效应显著，但目前针对高能震动致伤过程的研究较少。目的：了解高能震动致伤后动物机体生理生化及病理改变。方法：将32只中华田园犬随机分为4组，轻度震伤组、中度震伤组及重度震伤组分别实施700，1000，2100m/s²的冲击震动，对照组为正常对照。于震后14d内检测血清血清K+、Ca2+、Zn2+、S100β、神经元特异性烯醇化酶浓度，并进行脊髓及颅脑组织免疫组织化学染色观察。结果与结论：震伤3组血清K+、Ca2+、Zn2+浓度呈现规律性变化，震后即时无明显变化，K+浓度于震后0.5d降到最低，Ca2+浓度至震后1d降到最低，Zn2+浓度于震后0.5d或1d降到最低，此后均逐渐增加，至14d时恢复正常水平；震伤3组血清神经元特异性烯醇化酶、S100β均于震后0.5d开始增加，于震后1d达到最高值，此后均逐渐降低，至14d时恢复至正常或偏高水平。震伤3组脊髓及颅脑均出现接触部位及对冲部位的出血点，震后即时处死时出血程度较14d时明显，脊髓及颅脑损伤部位S100β、胶质纤维酸性蛋白、神经元特异性烯醇化酶增多。关键词：实验动物；神经损伤与修复动物模型；高能震动；瞬时震动；爆震伤；神经系统；损伤主题词：动物，实验；高能量冲击波；中枢神经系统；爆震伤；组织工程基金资助：全军医学科技青年培育项目(13QNP033)脑及脊髓冲击震动损伤后的生化指标变化健康中华田园犬32只随机分组轻度震伤组(n=8)，接受700m/s²的冲击震动中度震伤组(n=8)，接受1000m/s²的冲击震动重度震伤组(n=8)，接受2100m/s²的冲击震动对照组(n=8)，为正常对照于震后即时及震后0.5，1，3，7，14d进行血清学、脊髓、脑组织病理组织学检测，评价K+、Ca2+、Zn2+、S100β、神经元特异性烯醇化酶及组织病理组织化学变化实验旨在明确瞬时冲击震动致伤对脑及脊髓的影响朱亚鹏，等.脑及脊髓冲击震动损伤模型生化指标的变化ISSN2095-4344CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH2629’sdegree,InstituteofOrthopedics,OrthopedicHospital,FirstAffiliatedHospital,theFourthMilitaryMedicalUniversity,Xi’an710032,ShaanxiProvince,ChinaCorrespondingauthor:ChangQi,M.D.,Master’ssupervisor,PLA150CentralHospital,Luoyang471000,HenanProvince,ChinaChangesofbiochemicalindexesinthebrainandspinalcordaftershockandvibrationdamageZhuYa-peng1,GuoYan-ling2,ChangQi2(1InstituteofOrthopedics,OrthopedicHospital,FirstAffiliatedHospital,theFourthMilitaryMedicalUniversity,Xi’an710032,ShaanxiProvince,China;2PLA150CentralHospital,Luoyang471000,HenanProvince,China)AbstractBACKGROUND:High-energyvibrationiseasytodamagenon-cavityorgansofthebodyandthedamageeffectisremarkable,butfewstudiesconcerntheprocessofhigh-energyvibration-inducedinjury.OBJECTIVE:Tounderstandphysiological,biochemicalandpathologicalchangesofanimalbodiesafterhigh-energyvibration-inducedinjury.METHODS:Atotalof32dogswererandomlydividedintofourgroups.Dogsinthemildvibrationinjurygroup,moderatevibrationinjurygroupandseverevibrationinjurygroupreceived700,1000,and2100m/s²vibration.Dogsinthecontrolgroupwereconsideredasnormalcontrols.Within14daysaftervibration,serumK+,Ca2+,Zn2+,S100β,andneuronspecificenolaseconcentrationsweredetected.Immunohistochemicalstainingwasobservedinthespinalcordandthebrain.RESULTSANDCONCLUSION:SerumK+,Ca2+,Zn2+concentrationsshowedaregularchangeinthethreevibrationinjurygroup,andnoevidentchangewasfoundimmediatelyaftervibrationinjury.K+concentrationsreachedaminimumat0.5dayaftervibrationinjury.Ca2+concentrationsreachedaminimumat1dayaftervibrationinjury.Zn2+concentrationsreachedaminimumat0.5or1day.Aboveconcentrationsgraduallyincreasedandbecamenormalat14days.SerumneuronspecificenolaseandS100βexpressionincreasedat0.5dayaftervibrationinthethreevibrationinjurygroups,peakedat1day,graduallydiminished,andrecoveredtoanormallevelorhigherlevelat14days.Inthethreevibrationgroups,bleedingpointofcontactpositionandhedgepositioncouldbefoundinthespinalcordandbrain.Thedegreeofbleedingwasmoresignificantwhenkilledinstantlyaftervibrationcomparedwiththatat14days.S100β,glialfibrillaryacidicproteinandneuronspecificenolaseexpressionincreasedinthespinalcordandbrain.Subjectheadings:Animals,Laboratory;High-EnergyShockWaves;CentralNervousSystem;BlastInjuries;TissueEngineeringFunding:theArmyMedicalTechnologyYouthDevelopmentProject,No.13QNP033Citethisarticle:ZhuYP,GuoYL,ChangQ.Changesofbiochemicalindexesinthebrainandspinalcordaftershockandvibrationdamage.ZhongguoZuzhiGongchengYanjiu.2016;20(18):2628-2633.0引言Introduction当今高科技武器致伤机制主要通过产生高能冲击波及高能震动作用于生物体而产生[1-4]，目前对冲击波的致伤机制已进行了较多研究，有关其对于诸如肺脏等空腔脏器的致伤机制已较为明确，而高能震动同样也是武器杀伤效应中不可或缺的一部分，在武器作用于舱室等相对密闭环境时，震动致伤效应更加重要，是武器爆炸过程中接触到地面等其他物体时的引起不同程度震动，进而二次加载于机体产生的损伤效应。不同于冲击波致伤的靶器官，震动致伤易于损伤机体非空腔器官，损伤效应显著，因此对于这类高能震动致伤机制的研究也具有非常重要的意义。根据查新及经验，中枢神经系统以其易受损伤的特性而被作为此次研究的目标器官。根据检索文献发现，目前针对于高能震动致伤过程中加速、减速伤的研究还较少，实验通过应用某模拟核爆冲击震动平台，加载不同能量等级的冲击震动于动物机体，通过观察致伤前后的大体形态学改变，测定相关血清学指标，目标脏器组织常规组织染色及特定免疫组化染色，明确其生理生化等指标变化规律，同时与后期应用的计算机模拟技术结合，了解动态载荷下机体目标器官的应力、应变情况，初步探讨高能震动的致伤机制。1材料和方法Materialsandmethods1.1造模动物及材料实验动物：一两岁龄健康中华田园犬32只，雌雄不拘，体质量(15±2)kg，由解放军第150中心医院实验动物中心提供，将32只犬随机分为对照组、轻度震伤组、中度震伤组及重度震伤组，每组8只。实验分组流程图见图1。应用某科研机构研制的高能冲击震动平台，该平台主要通过设置不同参数，利用瞬时冲压技术产生不同等级的冲击震动能量，作用于放置在该平台的物体，进而模拟不同能量等级下实验对象的损伤反应。本装置主要包括冲击震动平台、操作平台、一维和三维加速度感受器、数据转换器及笔记本操作电脑，应用加速度传感器分别记录台面及受试对象的加速度，操作笔记本电脑显